基于Python的事件精灵组的特点及技术运用研究

杨玄烨

（重庆城市科技学院，重庆 402160）

0 引言

计算机是现代社会人们生活与工作中不可缺少的重要一部分，在对计算机软件进行使用时，依照不同的需求，产生不同的高级汇编语言，在各种语言的应用中，开发与设计各种软件是工作人员最主要的工作任务[1]。Python是具有跨平台性质的计算机程序设计语言，它的脚本程序设计语言及内置代码库对多种属性都有集成，由于其在持续不断地更新和加入语言新功能，现已广泛应用于图形处理、数学处理、文本处理、数据库编程、网络编程、多媒体应用等场合[2]。面向对象是其最经典的特征属性。Python支持面向对象、命令式和函数式的编程方式，能够进行内存管理，在某些应用中，其开发效率能够比用C语言开发提高十几倍[3]。Python语言在具有高效率的同时也完全面向对象，在面向对象的编程工程中具有相当高的效率，其内置语法简洁并支持动态输入，在应用程序开发中，可以具有优势性的高效处理应对多种模式的字节流，实现较快的开发速度，因而也使其被广泛运用[4]。Python语言在各种编程以及许多操作系统平台中均被作为脚本语言，用于精简应用程序以实现有效开发。本文所研究的是事件精灵组的特点及其技术运用。

1 pygame、精灵组的基本概念

1.1 精灵组

在游戏的制作开发中，通常把显示图像的对象叫作精灵。它包含图像加载、位置变化、绘制图像，这原本需要程序员编写代码进行控制的Sprite精灵需要有两个重要的属性：image（要显示的图像）、rect（图像要显示在屏幕的位置）。精灵默认的update方法，在子类可以重写此方法，它可以在每次刷新屏幕时，更新精灵位置，而精灵组则是多个事件精灵的集合。精灵组对象update方法的调用可以自动对组内每一个精灵的update方法进行调用，除此之外，调用精灵组对象的draw屏幕对象方法可以将组内每一个精灵的image绘制在rect位置。

1.2 Pygame库

Pygame（www.pygame.org）是Python平台下的一款著名的2D游戏开发专用库，该开发库构建在著名的跨平台游戏开发库SDL（simple direct media）之上，其中提供了全面的游戏开发支持模块，从而可以使游戏开发的难度大为降低[5]。它的集成包括joystick、camera、event、gfxdraw等功能模块，它作为基于Python平台而设计出的一款优秀的代码集成库，值得称道的是它的应用不仅适于单一平台，为了应对平台多元化的需求，Pygame库还加入了跨平台的元素。因此，基于Pygame库所开发的游戏可以兼容现存市面上各大主流的操作平台。因它的开发者在开发中注重人机交互的效率，所以它的诞生使得Python使用者对于2D游戏开发的效率和运维更高效，开发者可以便利地、自由地选取库内已经集成的子模块，其只需把目光投入游戏的核心模块，将琐碎的边枝问题通过子模块的调用来解决，这使得开发的质量和速度有了大大的提升。它可以绘制图形，与游戏杆、游戏手柄、追踪球进行交互、处理事件与事件、访问音频采样数据等，而对于精灵组的应用，Python专用库Pygame提供了两个类pygame.sprite.Sprite，用于存储图像数据image和位置rect的对象，而pygame.sprite.Group则是一个组类方法，助益精灵的队列的出列和入列的效率。

2 Python的精灵组特点及技术运用设计

2.1 精灵组的特点

2.1.1 精灵组的功能模块

精灵组是多个精灵的集成，如图1，在Pygame库中有许多便于开发者开发的源代码模块，精灵组的使用需要通过各个固有方法的使用来进行文档信息的传递：add方法可以向组中增加精灵，在精灵生成之后需要通过add方法传入游戏主循环之中；sprites方法可以返回所有精灵列表，这是一个后端操作，它的使用可以便于后端系统读取精灵和操作信息。同时在游戏设计中精灵的设置需预置image和rect属性，通过对于image和rect属性的传入生成相关的精灵，在每个精灵生成后都需要派生精灵子类，image属性可以记录图像数据，rect属性可以记录英雄在屏幕上的位置，精灵组的draw方法可以将组中所有精灵的image，绘制到Surface的rect位置，形成屏幕的动态画像，而update方法可用于对精灵位置的更新，kill方法可以将精灵从所有组删除，即代表精灵的死亡（图2）。精灵组通过各功能模块的调用和数据传递呈现连续的图像变化，这是一个密不可分的系统整体。

图1 精灵组的功能模块及位置

图2 精灵组的功能位置

2.1.2 精灵组的位置

在一个游戏运行过程中，本质上分为游戏初始化和游戏循环，从游戏初始化开始，需要精灵组和精灵在系统内部的自我创建，在其创建之后，精灵组会对游戏的开始界面等设置进行预加载，越大的游戏所需要生成创建的精灵越多，同时对文档读取需求越多，因此需要的时间就越长，为此游戏厂商为了对加载时间进行可视化表达，通常会在屏幕设置一个加载进度条以统计加载时间。

游戏循环：update、draw、pygame.display.update的交替循环，它会对于上一模块所传递的数据流在后台进行新图像的更新、绘写，同时删除旧的图像，毁灭失效的精灵，将新生成的精灵更新到显示设备上。经研究表明，人体所能接受的极限帧率一般为12帧每秒，因此决定了图像的刷新速度的帧率远远大于人体视觉的极限帧率，这样才可以将动态图像反馈至我们视觉。通过这个框架可以形成UI游戏，开发出2D游戏。

2.1.3 精灵组的运用分析

对于精灵组的设计需要构建一个完整的游戏，精灵组本质上是对数据的后端处理，它需要有数据的传入和输出，而对于数据文档的传递是游戏运行的核心。如图3所示，在游戏初始化阶段需要先后构建GUI游戏窗体，再自动调用事先预置Pygame库游戏时钟模块，对游戏运行时间计时。然后是创建精灵、精灵组，用随机函数生成各个精灵组，由于现代计算机CPU强大的计算能力，这些行为的加载，需要的时间几乎可以忽略不计。预加载完毕后，进入游戏的主循环，先是通过读取内部代码预置的刷新率或者是读取文档的相关信息，自我设置刷新帧率，因为对于游戏界面的更新要求具有超视觉速度，所以FPS最低要求大于12帧每秒，然后是建立事件监听模块进行人机交互，具体表现为通过读取系统键盘操作数据，并加与处理以及各个精灵组的生成与死亡，使数据被接受后会继续传入下一个模块。

图3 精灵组的设计

碰撞检测模块将会对用户的操作产生一个碰撞评估，根据评估判断结果，精灵组会进行相应的图像处理和更新，形成各个事件，使之以可视化的形式与用户进行交互，即更新屏幕显示，并且这个过程是持续的、高速的，用户通过对屏幕图像信息的读取在大脑中产生事件认知。

3 实验的设计方法

现今，主流的设计方式具有两种，分别是结构化设计和面向对象化的设计。结构化方法着眼于功能，强调中心模块化，推出模块化、自顶向下、逐步求精的高效设计过程，系统是实现集成化模块功能的函数以及过程，体现出结构清晰、可读性好的特点。面向对象方法则以对象的数据为基础和中心，制定系统框架，因此对于类中的数据，稳定性得到大大提升，对实际物体模型的建立更加全面、深入。在对本实验方式的选择上我选择了更优秀的面向对象化的方式。

3.1 结构化设计

（1）设计思维：结构化编程比较难于封装，复用性上也不如面向对象编程，缺乏扩展性，在进行程序设计的时候只将系统着眼于现有业务功能的实现，没有考虑系统将来的业务变化情况，除此之外，它灵活性差、违反职能均衡原则。

（2）封装性：因为其采用结构化程序分析设计程序时，没有对软件系统的设计和实现进行合理的分工，需要将客观世界模型分解一个一个功能，每个功能按照顺序用以完成一定的数据处理，因此结构化编程封装难度较大。对于私有的方法，较难控制，敏感信息就比较难隐藏。

（3）复用性：在传统的结构化程序设计中，开发应用程序是依据过程的，数据的工程代码与操作代码具有独立性、代码特异性，难以重用，因此在代码量过大时，具有维护数据和代码一致性的困难。

3.2 面向对象化设计

（1）设计思维：从计算机程序工作原理来看，“输入—运算—输出”。面向对象在分析问题时，不同于传统的面向对象过程，它有着自己独特的特点：以对象为单位，考虑它的属性及方法，在分析问题时，面向过程是需要以一个具体的流程（事务过程）为单位，在开发中考虑它的实现。

（2）封装性：面向对象编程的封装，也就是把客观事物进行抽象类封装，使用时可以实列化为多个对象，并且类可以使用protecte、private、public来定义内部数据的属性，protected让可信的类或者对象对数据发出访问，不可信操作无法访问，隐藏内部信息。

（3）复用性：面向对象化设计所拥有的继承性及封装性思想形成重用方法，对程序的容错率有了极大的提升，提高程序运行的效率。

4 结语

综上所述，它已经广泛应用于实际编程工作中，一方面很好地提高了人们生活、工作以及学习的便捷性，另一方面也有效促进了我国社会信息化建设水平的不断提升。从整体看，Python最为突出的特点就是简洁、类库，将其应用到平台开发中可以突显出极大的优势，因此对Python的进一步研究应用势在必行。Python语言的在AI、自动化，程序设计等各方面领域的优势，亦将在元宇宙得到新应用和新扩展，对于基于Python的多元化开发与设计，在未来拥有广阔的前景。